第七章輸入輸出系統(tǒng)業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2輸入輸出接口通用的微型計算機硬件系統(tǒng)是由中央處理器（CPU或MPU）、內(nèi)存儲器(RAM和ROM)、外部設(shè)備(或稱I/O設(shè)備、輸入/輸出設(shè)備)及其接口電路組成。微型計算機上的所有部件都是通過總線互聯(lián)的，外部設(shè)備也不例外。在一個實際的計算機控制系統(tǒng)中，CPU與外部設(shè)備之間常需要進行頻繁的信息交換，包括數(shù)據(jù)的輸入輸出、外部設(shè)備狀態(tài)信息的讀取及控制命令的傳送等，這些都是通過接口來實現(xiàn)的。所謂接口(Interface)便是微機與外部設(shè)備的連接部件（電路、芯片、器件），并與外界進行信息交換的中轉(zhuǎn)站。接口的全稱叫輸入輸出接口或I/O接口。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.1接口的功能由于外設(shè)處理信息的類型、速度、通信方式與CPU都很不匹配，不能直接掛在總線上，因此必須通過一定的I/O接口和系統(tǒng)相連。接口的根本作用就是要以盡量統(tǒng)一的標準為CPU和各種外設(shè)之間建立起可靠的消息連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。具體來說，I/O接口需要提供下列功能：1、I/O地址譯碼與設(shè)備選擇2、信息的輸入輸出3、命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)的緩沖與鎖存4、信息轉(zhuǎn)換5、聯(lián)絡(luò)功能6、中斷管理功能。7、可編程功能。8、其他功能業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.2接口的分類1．按通用性分接口電路按通用性分為兩類：通用接口和專用接口。2．按可編程分按照可編程性，接口芯片分成硬布線邏輯接口芯片和可編程接口芯片。3．按功能分從功能上劃分，接口大致可以分為輸入接口、輸出接口、外存接口、過程控制接口、通信接口、智能儀器接口。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.3接口的組成結(jié)構(gòu)I/O接口的總體結(jié)構(gòu)如圖7-1所示，把端口地址譯碼、讀/寫/中斷控制邏輯、數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器、數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)端口等電路組合起來，就構(gòu)成了一個簡單的I/O接口電路。它一方面與系統(tǒng)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線相連接，另一方面又與外部設(shè)備相連。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.3接口的組成結(jié)構(gòu)１.數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器是連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的部分，起到緩沖和驅(qū)動的作用。數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器分為輸入緩沖和輸出鎖存兩種。2.I/O端口接口內(nèi)部可以包括一個或多個CPU可以進行讀/寫操作的寄存器，稱為I/O端口寄存器，簡稱I/O端口。按存放信息的不同，I/O端口可分為以下三種類型：（1）數(shù)據(jù)端口：用于暫存CPU與外部設(shè)備間傳送的數(shù)據(jù)信息。（2）狀態(tài)端口：用于暫存外部設(shè)備的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息編碼稱為外部設(shè)備的狀態(tài)字。（3）控制端口：用于暫存CPU對外部設(shè)備或接口的控制信息，控制外部設(shè)備或接口的工作方式?？刂菩畔⒕幋a稱為外部設(shè)備的控制字或命令字。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.3接口的組成結(jié)構(gòu)3.端口地址譯碼微處理器在訪問外部設(shè)備時，向系統(tǒng)地址總線發(fā)送要訪問的端口地址，譯碼電路接收到端口地址后應(yīng)能產(chǎn)生相應(yīng)的選通信號，使相關(guān)端口與CPU之間建立起數(shù)據(jù)、命令或狀態(tài)的傳輸通道，從而完成一次輸入或輸出的操作。4.讀／寫／中斷控制邏輯這部分邏輯電路根據(jù)微處理器發(fā)出的讀、寫和中斷控制信號，以及外部設(shè)備發(fā)出的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，產(chǎn)生內(nèi)部各端口的讀寫控制信號。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.4CPU與I/O接口之間的數(shù)據(jù)交換方式1.程序控制方式程序控制方式（Programmeddirectcontrol）是指在程序控制下進行數(shù)據(jù)傳送，又分為無條件傳送和條件傳送兩種。2.中斷方式當外部設(shè)備沒有準備好輸入輸出時，CPU不去查詢和等待該外部設(shè)備，可以運行一個其它的程序。當外部設(shè)備準備好輸入/輸出數(shù)據(jù)時，外部設(shè)備向CPU發(fā)中斷請求，CPU根據(jù)該設(shè)備的優(yōu)先級別，決定是否響應(yīng)該中斷請求；當響應(yīng)該中斷時，CPU暫停執(zhí)行當前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部設(shè)備對應(yīng)的中斷服務(wù)程序。3．DMA方式DMA方式（DirectMemoryAccess，直接存儲器訪問）不通過CPU，而是由專門的硬件在外部設(shè)備與內(nèi)存之間直接進行數(shù)據(jù)交換。業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨7.2.4CPU與I/O接口之間的數(shù)據(jù)交換方式4.通道方式通道（I/Ochannelcontrol）方式是DMA方式的發(fā)展，它可以進一步減少CPU的干